কোম্পানির খবর সিমেন্ট কার্বাইড (টংস্টেন কার্বাইড + কোবাল্ট) কেন তাপ প্রতিরোধী?

হার্ড ফেজ হিসাবে টাংস্টেন কার্বাইড (WC) এবং বাইন্ডার ফেজ হিসাবে কোবাল্ট (Co) দ্বারা গঠিত সিমেন্টেড কার্বাইডগুলি হল বিরল শিল্প উপকরণ যা "উচ্চ তাপমাত্রায়ও কঠোরতা বজায় রাখে।" তাদের সর্বোচ্চ ক্রমাগত অপারেটিং তাপমাত্রা 800 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে পৌঁছাতে পারে, এবং তারা 1,000 ডিগ্রি সেলসিয়াস-এর বেশি স্বল্পমেয়াদী তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে - সাধারণ ইস্পাতকে ছাড়িয়ে যায় (যেমন, 45# ইস্পাত 500 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের উপরে নরম হয়ে যায়) এবং উচ্চ-গতির ইস্পাত (W18Cr4V 600 ° সেন্টিগ্রেডের কাছাকাছি উল্লেখযোগ্য কঠোরতা হারায়)। এই তাপ প্রতিরোধের একটি একক কারণের কারণে নয় কিন্তুটংস্টেন কার্বাইডের অন্তর্নিহিত উচ্চ-তাপমাত্রার স্থায়িত্ব, কোবাল্টের সামঞ্জস্যপূর্ণ বাঁধাই বৈশিষ্ট্য এবং দুটি দ্বারা গঠিত মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বৈশিষ্ট্যের সমন্বয়মূলক প্রভাব. শিল্প উত্পাদনের জন্য, এই বৈশিষ্ট্যটি উচ্চ-তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে গুরুতর ব্যথার পয়েন্টগুলি সমাধান করে: ধাতব কাটার সময় ঘর্ষণজনিত তাপ উত্পাদন (600-800°C) থেকে অ্যালুমিনিয়াম খাদ ডাই-কাস্টিং ছাঁচের অপারেটিং তাপমাত্রা (400-500°C) পর্যন্ত এবং ভূগর্ভস্থ উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে খনির সরঞ্জামের পরিধান। এই নিবন্ধটি তিনটি মাত্রা থেকে WC-Co সিমেন্টেড কার্বাইডের তাপ প্রতিরোধের মূল কারণগুলিকে ভেঙে দেয়—উপাদানের বৈশিষ্ট্য, মাইক্রোস্ট্রাকচার, এবং ব্যবহারিক প্রয়োগগুলি-এর নীতিগুলি বোঝা সহজ করে তোলে৷

সিমেন্টেড কার্বাইডের তাপ প্রতিরোধের প্রথমটি তাদের মূল উপাদানের অন্তর্নিহিত বৈশিষ্ট্য থেকে উদ্ভূত হয়: টাংস্টেন কার্বাইড। "হার্ড ফেজ" হিসাবে, WC "একটি বিল্ডিংয়ে ইস্পাত শক্তিবৃদ্ধি" এর মতো কাজ করে, যা উচ্চ তাপমাত্রায় উপাদানের জন্য স্থিতিশীল সমর্থন প্রদান করে। এটি তিনটি মূল দিক দ্বারা প্রতিফলিত হয়:

টংস্টেন কার্বাইডের একটি অত্যন্ত উচ্চ গলনাঙ্ক রয়েছে 2,870°C - শিল্প সেটিংসে সম্মুখীন হওয়া সাধারণ উচ্চ তাপমাত্রার থেকে অনেক বেশি (অধিকাংশ উচ্চ-তাপমাত্রা কাজের অবস্থা <1,000°C)। তুলনার জন্য:

• সাধারণ কার্বন ইস্পাতের গলনাঙ্ক প্রায় 1,538°C এবং বর্ধিত পারমাণবিক গতিশীলতার কারণে 500°C এর উপরে নরম হয়ে যায়।
• উচ্চ-গতির ইস্পাত (W18Cr4V) এর গলনাঙ্ক প্রায় 1,400°C; এর কঠোরতা 600°C তাপমাত্রায় HRC 62 থেকে HRC 50-এর নিচে নেমে যায়, এটি কাটার জন্য অব্যবহার্য করে তোলে।
• এমনকি 1,000 ডিগ্রি সেলসিয়াসেও, টংস্টেন কার্বাইড শুধুমাত্র সামান্য নরম হয়-এর গলনাঙ্কে পৌঁছায় না, তাই এটি গলে না বা কাঠামোগত পতনের মধ্য দিয়ে যায় না।

টংস্টেন কার্বাইড আছে একটিহেক্সাগোনাল ক্লোজ-প্যাকড (HCP) স্ফটিক কাঠামো, যেখানে পরমাণু শক্তিশালী বন্ধন শক্তির সাথে শক্তভাবে সাজানো হয়। এই গঠন উচ্চ তাপমাত্রায় পারমাণবিক প্রসারণ বা কাঠামোগত ব্যাধি প্রতিরোধ করে:

• ঘরের তাপমাত্রায়, এই কাঠামো WC এর উচ্চ কঠোরতা দেয় (HRA 90-93)।
• উচ্চ তাপমাত্রায় (যেমন, 800°C), পরমাণুগুলি সামান্য কম্পন করে কিন্তু একটি সুশৃঙ্খল বিন্যাস বজায় রাখে-সাধারণ ধাতুগুলির বিপরীতে, যা পরমাণুগুলিকে "আলগা" করে এবং ফাঁক প্রশস্ত করে।
• বিপরীতে, উচ্চ-গতির ইস্পাত একটি শরীর-কেন্দ্রিক ঘনক (BCC) কাঠামো রয়েছে, যেখানে পারমাণবিক ফাঁকগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় সহজেই প্রসারিত হয়, যার ফলে দ্রুত শক্তি হ্রাস পায়।

উচ্চ-তাপমাত্রার শিল্প পরিবেশে, উপকরণগুলিকে শুধুমাত্র "তাপমাত্রা" নয় বরং "পরিবেশগত ক্ষয়"ও প্রতিরোধ করতে হবে (যেমন, বাতাসে জারণ, কাটা তরলগুলির সাথে প্রতিক্রিয়া)। টংস্টেন কার্বাইড উচ্চ তাপমাত্রায় স্থিতিশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে:

• 800°C এর নিচে, বাতাসের সংস্পর্শে এলে তার পৃষ্ঠে শুধুমাত্র একটি পাতলা অক্সাইড ফিল্ম (WO₃) তৈরি হয়। এই ফিল্মটি ঘন এবং অভ্যন্তরীণ উপাদানের আরও জারণ প্রতিরোধ করে।
• এটি সাধারণ শিল্প মাধ্যমের সাথে প্রতিক্রিয়া করে না (যেমন, দ্রবীভূত বা ক্ষয়) যেমন ধাতব কাটিয়া তরল বা গলিত অ্যালুমিনিয়াম খাদ
• সিরামিক সামগ্রীর বিপরীতে (যেমন, অ্যালুমিনা), যার উচ্চ গলনাঙ্কও রয়েছে, সিরামিকগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় গলিত ধাতুগুলির সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায়, যার ফলে পৃষ্ঠের স্প্যালিং হয় - একটি সমস্যা WC এড়িয়ে যায়।

একটি সাধারণ প্রশ্ন জাগে: কোবাল্টের গলনাঙ্ক মাত্র 1,495°C - WC থেকে অনেক কম - তাহলে কেন এটি তাপ প্রতিরোধকে হ্রাস করে না? বাস্তবে, কোবাল্ট (সাধারণত ওজন দ্বারা 6-15%) একটি "বাইন্ডার ফেজ" হিসাবে কাজ করে এবং বিচ্ছিন্নভাবে বিদ্যমান নয়। পরিবর্তে, এটি ডব্লিউসি শস্যের মধ্যে সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে, একটি মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করে যেখানে "ডব্লিউসি দানাগুলি কো ফেজ দ্বারা আবদ্ধ হয়।" এর উচ্চ-তাপমাত্রার ভূমিকা দুটি মূল ফাংশনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে:

ঘরের তাপমাত্রায়, কোবাল্ট হল একটি নমনীয় ধাতু যা শক্ত কিন্তু ভঙ্গুর ডাব্লুসি দানাগুলিকে ক্র্যাকিং প্রতিরোধ করতে একসাথে "আবদ্ধ" করে। উচ্চ তাপমাত্রায় (যেমন, 600-800°C), কোবাল্ট কিছুটা নরম হয় ("আধা-কঠিন" হয়ে যায়) কিন্তু সম্পূর্ণরূপে গলে যায় না বা প্রবাহিত হয় না:

• এই সামান্য নরম হওয়া আসলে WC দানাগুলির মধ্যে তাপীয় চাপকে "বাফার" করে (বিভিন্ন উপাদান উচ্চ তাপমাত্রায় বিভিন্ন হারে প্রসারিত করে, চাপ তৈরি করে), স্ট্রেস তৈরির কারণে উপাদানটিকে ফাটল থেকে আটকায়।
• এদিকে, কোবাল্ট এবং WC শস্যের মধ্যে বন্ধন শক্তি (ধাতুবিদ্যার বন্ধন) উচ্চ তাপমাত্রায় শক্তিশালী থাকে—অন্যান্য নিম্ন-গলিত ধাতু (যেমন, তামা, গলনাঙ্ক 1,085°C) থেকে তৈরি বাইন্ডারের বিপরীতে, যা গলবে এবং 800°C দ্বারা তাদের বাঁধন ক্ষমতা হারাবে।

উচ্চ তাপমাত্রায়, উপাদান শস্যগুলি "বৃদ্ধি" করে (ছোট দানাগুলি বড়গুলিতে মিশে যায়), যার ফলে কঠোরতা হ্রাস পায়। উচ্চ তাপমাত্রায় অত্যধিক WC শস্য বৃদ্ধি রোধ করতে কোবাল্ট একটি "ইনহিবিটর" হিসাবে কাজ করে:

• কোবাল্ট পরমাণু WC শস্যের পৃষ্ঠে শোষণ করে (শস্যের সীমানায়), একটি "বাধা স্তর" গঠন করে যা WC পরমাণুর বিস্তারকে ধীর করে দেয় এবং শস্য একত্রিত হতে বাধা দেয়।
• কোবাল্ট ছাড়া, WC দানা 800°C তাপমাত্রায় 10 ঘন্টা পরে 3μm থেকে 8μm-এর উপরে বৃদ্ধি পাবে, যা 20% দ্বারা কঠোরতা হ্রাস করবে। কোবাল্টের সাথে, শস্যের বৃদ্ধি 10% এর কম, এবং কঠোরতা প্রায় স্থিতিশীল থাকে।

এর উপাদানগুলির স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্যের বাইরে, WC এবং কোবাল্ট দ্বারা গঠিত "ঘন মাইক্রোস্ট্রাকচার" তাপ প্রতিরোধের আরও বৃদ্ধি করে। উচ্চ-মানের WC-Co সিমেন্টেড কার্বাইডগুলি উচ্চ-তাপমাত্রা সিন্টারিং (1,400–1,500°C) এর মধ্য দিয়ে একটি কাঠামো তৈরি করে যেখানে "WC দানাগুলি সমানভাবে বিতরণ করা হয়, Co শূন্যস্থান পূরণ করে এবং কোন উল্লেখযোগ্য ছিদ্র নেই" (ঘনত্ব সাধারণত ≥14.5g/cm³)। এই কাঠামোর সুবিধা হল:

যদি কোনো উপাদানে ছিদ্র থাকে, তাহলে উচ্চ-তাপমাত্রার বায়ু বা ক্ষয়কারী মিডিয়া এই ছিদ্রগুলির মাধ্যমে অভ্যন্তরে প্রবেশ করতে পারে, যা অক্সিডেশনকে ত্বরান্বিত করে (যেমন, উচ্চ ছিদ্রযুক্ত সিরামিকগুলি WC-Co থেকে 3x দ্রুত অক্সিডাইজ করে)। WC-Co এর ঘন গঠন:

• প্রায় কোন দৃশ্যমান ছিদ্র থাকে না, তাই বাহ্যিক অক্সিজেন শুধুমাত্র উপাদানটির পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করতে পারে এবং ভিতরের দিকে প্রবেশ করতে পারে না।
• পৃষ্ঠের উপর গঠিত WO₃ অক্সাইড ফিল্ম (800°C এর নিচে) ঘন কাঠামোকে শক্তভাবে মেনে চলে, যা আরও জারণের বিরুদ্ধে "দ্বৈত সুরক্ষা" প্রদান করে।

উচ্চ-তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে, উপাদানগুলি প্রায়শই লোড বহন করে (যেমন, কাটা শক্তি, ছাঁচের চাপ)। WC-Co-তে WC শস্যের অভিন্ন বণ্টন নিশ্চিত করে যে লোডগুলি প্রতিটি WC শস্যের মধ্যে সমানভাবে স্থানান্তরিত হয়, স্থানীয় চাপের ঘনত্ব এড়িয়ে যায়:

• উদাহরণস্বরূপ, অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয় ডাই-কাস্টিং ছাঁচে, ছাঁচকে 400°C এ 20MPa চাপ সহ্য করতে হবে। WC-Co-এর অভিন্ন কাঠামো এই চাপকে ছড়িয়ে দেয়, উচ্চ তাপমাত্রায় স্থানীয়ভাবে নরম হওয়ার কারণে বিকৃতি রোধ করে।
• বিপরীতে, উচ্চ-গতির ইস্পাত উচ্চ তাপমাত্রায় অসম কঠোরতা প্রদর্শন করে, যা নরম অঞ্চলে ইন্ডেন্টেশন এবং ছাঁচ ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে।

এর সুবিধাগুলি হাইলাইট করার জন্য, নীচে শিল্পে ব্যবহৃত অন্যান্য সাধারণ "পরিধান-প্রতিরোধী, তাপ-প্রতিরোধী উপকরণ" এর সাথে WC-Co-এর তুলনা করা হল:

যেমন দেখানো হয়েছে, WC-Co-এর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা অ্যালুমিনা সিরামিকের তুলনায় সামান্য কম, এটি "তাপ প্রতিরোধক + প্রভাব প্রতিরোধের" ভারসাম্য বজায় রাখে (সিরামিকগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় ক্র্যাকিং প্রবণ)। উচ্চ-গতির ইস্পাত এবং কার্বন ইস্পাতের তুলনায়, তাপ প্রতিরোধের এবং কঠোরতা ধরে রাখার ক্ষেত্রে এর সুবিধাগুলি তাৎপর্যপূর্ণ - এটিকে "উচ্চ-তাপমাত্রার পরিধান + লোড-ভারবহন" পরিস্থিতিগুলির জন্য সেরা পছন্দগুলির মধ্যে একটি করে তুলেছে৷

WC-Co-এর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা তার গঠনের সাথে পরিবর্তিত হয়, প্রাথমিকভাবে প্রভাবিত হয়কোবাল্ট সামগ্রীএবংটংস্টেন কার্বাইড শস্য আকার. একটি গ্রেড নির্বাচন করার সময় এই কারণগুলি বিবেচনা করুন:

ক্র্যাকিং প্রতিরোধে পর্যাপ্ত দৃঢ়তার সাথে, কম কোবাল্ট সামগ্রী মানে WC-এর উচ্চ অনুপাত—এবং উত্তম তাপ প্রতিরোধের:

• কম কোবাল্ট (6–8%, যেমন, YG6): উচ্চ WC সামগ্রী, উচ্চ তাপমাত্রায় ≥92% কঠোরতা ধরে রাখে। কম-প্রভাব, উচ্চ-তাপমাত্রা পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত (যেমন, নির্ভুলতা নাকাল সরঞ্জাম)।
• মাঝারি কোবাল্ট (8-12%, যেমন, YG8): তাপ প্রতিরোধের এবং দৃঢ়তা ভারসাম্য রাখে। মাঝারি-প্রভাব, মাঝারি-তাপমাত্রার পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত (যেমন, সাধারণ-উদ্দেশ্য কাটার সরঞ্জাম)।
• উচ্চ কোবাল্ট (12-15%, যেমন, YG15): চমৎকার শক্ততা এবং প্রভাব প্রতিরোধের কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রায় ≤85% কঠোরতা ধরে রাখে। উচ্চ-প্রভাব, নিম্ন-তাপমাত্রার পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত (যেমন, মাইনিং ড্রিল বিট)।

সূক্ষ্ম-শস্য WC (1–3μm) এর আরও শস্যের সীমানা রয়েছে, যেখানে কোবাল্ট পরমাণুগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় শস্যের বৃদ্ধি রোধ করতে শক্তিশালী "ইনহিবিটর" হিসাবে কাজ করে:

• সূক্ষ্ম-শস্য WC-Co (যেমন, YG6X): 800°C তাপমাত্রায় 10 ঘন্টা পরে, শস্যের বৃদ্ধি <5%, এবং কঠোরতা প্রায় অপরিবর্তিত থাকে।
• মোটা-শস্য WC-Co (যেমন, YG15): একই অবস্থার অধীনে, শস্যের বৃদ্ধি 15% ছাড়িয়ে যায় এবং কঠোরতা ~10% কমে যায়।
• উচ্চ-তাপমাত্রার নির্ভুল পরিস্থিতিগুলির জন্য (যেমন, সেমিকন্ডাক্টর উচ্চ-তাপমাত্রার ফিক্সচার), সূক্ষ্ম-শস্য গ্রেডগুলিকে অগ্রাধিকার দিন।

অনেকের ধারণা WC-Co-তে তাপ প্রতিরোধের অভাব রয়েছে কারণ কোবাল্টের গলনাঙ্ক কম (1,495°C)-এটি একটি সাধারণ ভুল বোঝাবুঝি যা উপাদানটির মাইক্রোস্ট্রাকচারকে উপেক্ষা করে:

• WC-Co-তে, কোবাল্টের অস্তিত্ব "বিচ্ছিন্নভাবে" নয় বরং WC দানাকে ঘিরে একটি "পাতলা ফিল্ম" হিসেবে থাকে। WC দ্বারা সুরক্ষিত, এটি বিশুদ্ধ কোবাল্টের মতো নরম বা প্রবাহিত হয় না (যা 800°C এ আধা-তরল হয়ে যায়)।
• ব্যবহারিক পরীক্ষাগুলি দেখায়: 800°C-তে, WC-Co-তে Co-ফেজ সামান্য নরম হয় (কঠোরতা ~HRC 20) কিন্তু এখনও WC দানা বাঁধে। বিপরীতে, বিশুদ্ধ কোবাল্ট ইতিমধ্যে 800 ডিগ্রি সেলসিয়াসে আধা-তরল এবং কোন শক্তি নেই।

WC-Co সিমেন্টেড কার্বাইডের তাপ প্রতিরোধের একটি একক উপাদানের কারণে নয় বরং "WC-এর উচ্চ-গলে যাওয়া স্থিতিশীল কঙ্কাল, কোবাল্টের উচ্চ-তাপমাত্রা বাঁধাই এবং বাফারিং, এবং একটি ঘন, অভিন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচার" এর সমন্বয়। এই বৈশিষ্ট্যটি এটিকে 600-800°C-এ কঠোরতা ধরে রাখতে দেয় এবং মাঝারি প্রভাব এবং লোড সহ্য করে - এটিকে ধাতু কাটা, উচ্চ-তাপমাত্রার ছাঁচ এবং উচ্চ-তাপমাত্রা খনির পরিবেশের মতো শিল্প পরিস্থিতির জন্য আদর্শ করে তোলে।

টংস্টেন কার্বাইড শিল্পের পেশাদারদের জন্য, WC-Co পণ্যগুলির সুপারিশ করার সময়, গ্রাহকের "সর্বোচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রা + প্রভাব লোড" এর সাথে গ্রেডটি সারিবদ্ধ করুন: উচ্চ-তাপমাত্রা, কম-প্রভাব পরিস্থিতির জন্য লো-কোবল্ট ফাইন-গ্রেন গ্রেড (যেমন, YG6X) বেছে নিন; মাঝারি-তাপমাত্রার জন্য মাঝারি-কোবল্ট মাঝারি-শস্য গ্রেড (যেমন, YG8); মাঝারি-প্রভাব পরিস্থিতি; এবং নিম্ন-তাপমাত্রা, উচ্চ-প্রভাব পরিস্থিতির জন্য উচ্চ-কোবল্ট মোটা-শস্য গ্রেড (যেমন, YG15)।